露天煤矿排土场不同植被配置沙棘林对植被与土壤养分的影响

Effects of different vegetation configurations of Hippophae rhamnoides forests on vegetation and soil nutrients in an open-pit coal mine dump site

摘要

目的 探究露天煤矿排土场沙棘林不同植被配置对林下植物多样性与土壤养分的影响，明确适宜的生态修复模式，为矿区排土场生态修复提供科学依据。 方法 以内蒙古伊金霍洛旗满来梁露天煤矿排土场为研究区，对纯沙棘林（类型Ⅰ）、苜蓿与沙棘同年种植林（类型Ⅱ）、苜蓿早两年种植沙棘林（类型Ⅲ）3种沙棘配置类型进行植被群落调查和土壤化学性质测定，采用Pearson相关性分析和主成分分析（PCA）对其生态效应进行综合评估。 结果 ①3种配置之间林下植被多样性和土壤养分含量具有显著差异（p<0.05），物种多样性指数大小均为：类型Ⅰ>类型Ⅲ>类型Ⅱ。 ②在0—40 cm土壤养分方面，土壤有机质含量为：类型Ⅰ（7.54 g/kg）>类型Ⅲ（6.82 g/kg）>类型Ⅱ（6.65 g/kg）；全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾的含量均表现为：类型Ⅲ>类型Ⅰ>类型Ⅱ。 ③相关性分析显示，全钾、速效钾等土壤指标与物种多样性指数呈正相关，碱解氮与物种多样性呈负相关，在排土场资源异质性偏弱且水分胁迫突出的生境中，沙棘在较高碱解氮条件下适合度好，遮荫和竞争排他主导，引起群落多样性下降。 ④主成分分析显示，植被恢复配置中应注意土壤基础养分供给能力、群落形成后的可持续能力（群落稳定性、土壤-植被系统养分良性循环）。苜蓿早两年种植沙棘林配置接近于养分供给与活化增强的恢复模式，纯沙棘林配置接近于群落稳定与养分循环维持的恢复模式。 结论 不同植被配置的沙棘林土壤化学性质及生物量均具有显著性差异。纯沙棘林在促进群落物种多样性及土壤养分提升方面综合表现最佳，苜蓿与沙棘同年种植模式最差。

Abstract

Objective The effects of different vegetation configurations of Hippophae rhamnoides forests in an open-pit coal mine dump site on understory plant diversity and soil nutrients were investigated， and suitable ecological restoration modes were identified， in order to provide a scientific basis for ecological restoration of mine dump sites. Methods Taking a dump site of the Manlailiang open-pit coal mine in Ejin Horo Banner， Inner Mongolia， as the study area， field surveys of vegetation communities and measurements of soil chemical properties were conducted for three H. rhamnoides configuration types： pure H. rhamnoides forest （type Ⅰ）， simultaneous planting of Medicago sativa and H. rhamnoides （type Ⅱ）， and sequential planting in which M. sativa was established two years earlier than H. rhamnoides （type Ⅲ）. Pearson correlation analysis and principal component analysis （PCA） were used to comprehensively evaluate their ecological effects. Results ① Understory vegetation diversity and soil nutrient contents differed significantly among the three configurations （p<0.05）， and species diversity indices were ranked as type Ⅰ > type Ⅲ > type Ⅱ. ② In the 0—40 cm soil layer， soil organic matter content followed the order： type Ⅰ （7.54 g/kg） > type Ⅲ （6.82 g/kg） > type Ⅱ （6.65 g/kg）. Total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available phosphorus and available potassium all followed the order： type Ⅲ > type Ⅰ > type Ⅱ. ③ Correlation analysis showed that total potassium and available potassium were positively correlated with species diversity indices， whereas alkali-hydrolyzable nitrogen was negatively correlated with species diversity. In the dump-site habitat with weak resource heterogeneity and pronounced water stress， H. rhamnoides shows better adaptability under higher alkali-hydrolyzable nitrogen conditions， and shading and competitive exclusion dominated， leading to decreased community diversity. ④ Principal component analysis showed that vegetation restoration configurations should emphasize both the supply capacity of basic soil nutrients and the sustainability after community establishment （community stability and the positive nutrient cycling of the soil-vegetation system）. The configuration in which M. sativa was established two years earlier than H. rhamnoides was close to a restoration mode characterized by enhanced nutrient supply and activation， whereas the pure H. rhamnoides forest was closer to a restoration mode characterized by community stability and maintenance of nutrient cycling. Conclusion Different vegetation configurations of H. rhamnoides forests show significant differences in soil chemical properties and biomass. Overall， the pure H. rhamnoides forest performs best in promoting community species diversity and improving soil nutrients， whereas the simultaneous planting mode of M. sativa and H. rhamnoides performs worst.

Graphical abstract

关键词

露天煤矿 / 沙棘林 / 配置模式 / 植被多样性 / 土壤养分 / 生态恢复

Key words

open-pit coal mine / Hippophae rhamnoides forest / configuration pattern / vegetation diversity / soil nutrients / ecological restoration

文献参数： 张泽忠， 麻云霞， 杨光， 等.露天煤矿排土场不同植被配置沙棘林对植被与土壤养分的影响［J］.水土保持通报，2026，46（4）：85-94. Citation:Zhang Zezhong， Ma Yunxia， Yang Guang， et al. Effects of different vegetation configurations of Hippophae rhamnoides forests on vegetation and soil nutrients in an open-pit coal mine dump site ［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation，2026，46（4）：85-94.

随着中国经济的持续增长，煤炭资源开发强度不断加大，以煤炭资源开采为主的矿业活动为国家经济提供了重要支撑，但高强度的露天开采对生态系统造成严重破坏，已成为制约区域生态可持续发展的突出难题^［1］。露天矿区及排土场因矿产开采与场地建设活动强度大，扰动范围广，成为生态系统破坏最为严重的区域之一，植被大面积消失，土壤结构被严重破坏表层有机质大量流失，土壤养分流失和生物多样性明显减少^［2］，露天煤矿开采使土壤功能退化，及水土流失加重，生态系统变得更加脆弱^［3］，已成为影响矿区生态安全与可持续发展的一项关键因素。

人工生态工程是推动矿区生态恢复的重要途径，其中植物修复作为关键手段，在防治水土流失，改善土壤质量和恢复生态系统功能方面发挥着核心作用^［4-5］。在现有研究中^［6-7］，学者们主要通过选取植被配置模式及生态修复方式，分析植被因子指标和土壤因子指标的变化，来探讨物种多样性及土壤肥力的演变规律。沙棘（Hippophae rhamnoides）因其耐贫瘠，抗旱固沙，改善土壤肥力等生态适应性优势，被广泛应用于露天煤矿排土场的植被恢复。关于植被配置模式对生态恢复效果的影响，目前研究结论存在一定差异。有学者^［8］认为混交林更有利于林下植被的生长与更新，但也有观点认为纯林的效果更佳^［9］。

植被配置包括种类配置、时空配置，都会影响到植被与土壤间的水分、养分循环强度与模式，从而对区域生态系统恢复效果产生深远影响。当前生态恢复多聚焦于物种组成或静态混交模式，忽视了植物种植顺序在调控群落演替中的作用。在剧烈扰动的排土场生境中，先锋物种的种植顺序会改变恢复前期养分吸收与培肥间的平衡、后期群落组成与资源竞争格局，最终影响恢复效应。现有研究已证实种植沙棘能够提升土壤养分^［8］，但其与伴生植物的配置方式如何协同作用于恢复力，仍缺乏定量解析。特别是在扰动强烈的排土场环境中，种植时序对土壤养分重建与群落演替过程的影响缺乏系统的量化研究。相关研究表明，植物种植的时间差异可能通过调节资源获取的先后顺序、根际互作关系和空间利用格局，进而影响群落结构的稳定性与物种间的持续共存。因此，从种植时间的角度出发，探讨当地广为种植的沙棘与苜蓿在不同配置方式下的生态响应，不仅有助于深入理解植物之间的互作关系，也为建立更具适应性的矿区植被修复策略提供了研究基础。

本研究以伊金霍洛旗满来梁露天煤矿排土场为试验区域，选取3种植被配置的沙棘林为研究对象，系统分析其对林下植被群落特征及土壤养分的影响效应。通过定量比较不同植被配置沙棘林下的植被组成、物种多样性指数及土壤养分变化，探究最适配该地区的植被配置模式。研究结果可为露天煤矿排土场的植被恢复与生态重建提供基础数据和技术参考，同时为本地区矿区生态治理模式的优化探索提供科学依据和实践支持。

1 研究区概况

本研究区位于内蒙古自治区伊金霍洛旗满来梁矿区排土场（110°15′53″—110°18′38″E，39°27′46″—39°29′16″N），地处鄂尔多斯高原东南部，属典型的温带大陆性气候区，年平均温度为7.0~7.2 ℃，最高气温38.3 ℃，最低温度-3.9 ℃，年降雨量400 mm左右，降雨集中在7—9月，多为暴雨天气，研究区年平均蒸发量2 082 mm，气候干旱，降水量时空分布不均，蒸发量远大于降水量，生态环境较为脆弱^［10］；研究区地势总体起伏较大，多为丘陵与台地相间分布，土壤类型以风沙土和栗钙土为主，质地较疏松，养分含量较低，保水保肥能力较差，植被自然恢复困难；主要的植被类型包括：紫花苜蓿（Medicago sativa）、白茅（Imperata cylindrica）、赖草（Leymus secalinus）、猪毛菜（Salsola collina）、朝天委陵菜（Potentilla supina）、阿尔泰狗娃花（Aster altaicus）等。

2 研究方法

2.1 样地设置与样本采集

于2024年7—9月在内蒙古自治区伊金霍洛旗满来梁煤矿排土场开展野外调查和样品采集工作。以不同植被配置类型对应的连续恢复地块作为样地，为控制立地条件对恢复效果的干扰，选取地形相对平坦、海拔相近的区域作为研究样地，并在此基础上随机布设了3种不同混植模式的人工植被样地，分别为纯沙棘林、沙棘与苜蓿同年混交林以及先种植苜蓿2 a后种植沙棘的时序配置林，所选沙棘品种均为俄罗斯大果沙棘（Hippophae rhamnoides），且林分密度一致（4 m×4 m），样地基本信息见表1。在不同模式人工植被种植区，分别选择3个面积为10 m×10 m的大样方（共计9个），通过每木检尺对样地内沙棘个体进行测量，记录其树高和冠幅的生长指标。在每个大样方内通过3点取样法设置1 m×1 m的标准样方（共计27个），记录样方内所有植物种的频度、高度及盖度。土壤采样与植被调查同步进行，沿每个大样方对角线方向均匀设置3个土壤采样点作为重复，使用剖面法采集原状土，采样深度为0—20 cm和20—40 cm。同一个大样方，同一土层的3个重复土壤样品在现场等量混合，构成1份混合样，用于试验分析。3种人工配置模式共计9个大样方，27个标准样方，27个土壤采样点，采集土壤混合样本18份。

2.2 林下植被特征分析

2.2.1 重要值计算

依据不同植被配置沙棘林林下植被的实地调查，计算各物种的相对高度、相对密度与相对频度，并据此确定其重要值。通过重要值分析，可量化植被优势度，反映不同物种在防护林演替过程中的空间分布与生态功能地位^［11］。

重要值（IV）：

\mathrm{I}\mathrm{V}=(\mathrm{R}\mathrm{H}\mathrm{I}+\mathrm{R}\mathrm{D}\mathrm{E}+\mathrm{R}\mathrm{F}\mathrm{E})/\mathrm{3}（1）

式中：RHI为相对高度；RDE为相对密度；RFE为相对频度。

2.2.2 多样性指数

根据前人对物种多样性的研究成果，选用Simpson多样性指数、Shannon-Wiener物种多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数来研究不同立地类型沙棘林的群落物种多样性变化。

Simpson多样性指数（D）：

D=\mathrm{1}-{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^S}{P}_j^{\mathrm{2}}（2）

Shannon-Wiener物种多样性指数（H）：

H=-{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^S}{P}_{j}ln(P_j)（3）

Pielou均匀度指数（J）：

J=H/\mathrm{l}\mathrm{n}(S)（4）

Margalef丰富度指数（d）：

d=(S-\mathrm{1})/\mathrm{l}\mathrm{n}(N)（5）

式中：N为样方内所有物种的个体总数；P_j 为第j个物种的个体数占样方总个体数的比例；S为群落中记录的总物种数。

2.3 土壤样品处理与测定

将采集的土壤样本在无光条件下自然风干。土壤有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定；全氮含量采用凯氏定氮法测定；全磷、速效磷含量采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；速效钾含量采用火焰光度法测定，每组重复试验3次。

2.4 主成分分析法

本研究采用主成分分析法（PCA），以Z-score法对数据标准化，并经KMO和巴特利特检验确认适用性后，对土壤理化性质和植被多样性指标进行建模。通过提取特征值大于1的主成分及其方差贡献率，综合反映多维信息，减少主观赋权偏差，从而构建不同植被类型的土壤综合评价体系

2.5 数据处理与分析

使用Excel进行数据整理，采用SPSS 27.0软件进行ANOVA单因素方差分析、Pearson相关性分析和主成分分析，利用Origin 2024软件进行作图。

3 结果与分析

3.1 植物群落科属组成与生活型特征

本研究所调查的9块样地内的27个样方中，共发现植物22种，分属于7科17属。如图1所示，其中，禾本科植物7种，隶属于6个属，占所出现植物种的31.82%；菊科植物8种，隶属于4个属，占所出现植物种的36.36%；藜科植物3种，隶属于3个属，占所出现植物种的13.64%；上述3科共计涵盖13属18种，占全部种数的81.82%；其他4种植物均为1科1属1种。这说明整体上林下植物的科属组成单一，仅有少数植物能够成功定殖并形成相对稳定的群落结构。

表2为调查了3种不同植被配置沙棘林林下的植物群落结构，分析了其科属种组成及生活型特征。结果表示，不同植被配置沙棘林林下的植物物种组成存在一定差异，类型Ⅰ具有最多的植物种类，包含7科14属14种，表明此样地的植物多样性最高。类型Ⅱ和类型Ⅲ的植物种类较少，分别为3科6属8种和3科8属10种。类型Ⅰ的一年生、二年生植物与多年生植物比例相当，分别为50.00%，类型Ⅱ以一年生和二年生植物为主，占62.50%，多年生植物占37.50%。类型Ⅲ的一年生、二年生植物占60.00%，多年生植物占40.00%。

3.2 不同类型沙棘人工林林下草本群落物种组成与重要值

不同植被配置沙棘人工林林下物种组成与重要值见表3。不同类型的植物种类数量表现为：类型Ⅰ>类型Ⅱ>类型Ⅲ，其中类型Ⅰ植物种类最为丰富，涵盖14种植物，优势种除阿尔泰狗娃花等一年生植被外仅有一种多年生植被赖草；类型Ⅱ中有8种植物，优势种为白茅；类型Ⅲ含有10种植物，狼尾草和猪毛菜为该类型地的优势种。综上所述，群落中仍存在一定程度的物种共存，显示出一定的结构复杂性，但整体仍以少数优势种为主导。

3.3 不同类型沙棘人工林林下草本群落物种多样性变化

各样地植被多样性变化如图2所示，通过对不同配置方式下沙棘林群落多样性进行比较，总体呈现出：类型Ⅰ>类型Ⅲ>类型Ⅱ的规律。在Simpson， Shannon-Wiener， Pielou以及Margalef 4项指数上，3种类型均呈现显著差异（p<0.05）。其中类型Ⅰ与类型Ⅱ相比Simpson多样性指数高0.18，Shannon-Wiener物种多样性指数高0.63，Pielou均匀度指数高0.10，Margalef丰富度指数高1.51。

3.4 不同类型沙棘人工林土壤化学性质

如图3所示，各植被配置下沙棘林土壤养分含量普遍表现为随土层加深而逐渐下降的趋势。在0—40 cm土层，土壤有机质含量最高，为7.54 g/kg，类型Ⅱ和类型Ⅲ土壤有机质含量显著低于类型Ⅰ（p<0.05）；全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾的含量均表现为：类型Ⅲ>类型Ⅰ>类型Ⅱ，其中全氮、全磷、全钾、速效磷含量在表层土壤（0—20 cm）之间均有显著性差异（p<0.05），在深层土壤（20—40 cm）间全氮在类型Ⅱ与类型Ⅲ间差异显著（p<0.05）；全磷、速效磷在类型Ⅰ与类型Ⅱ和类型Ⅲ间差异显著（p<0.05）；全钾在3种类型地间均具有显著性差异（p<0.05）；碱解氮在类型Ⅱ与类型Ⅰ和类型Ⅲ间差异显著（p<0.05）；类型Ⅰ与类型Ⅱ在垂直剖面上碱解氮含量差异不显著（p>0.05），类型Ⅱ各土层间全磷含量也呈现出无显著差异（p>0.05）。

3.5 不同类型沙棘人工林林下植被与土壤养分之间的相关性

对不同植被类型沙棘林物种多样性指数与不同土层深度的土壤理化性质进行Pearson相关分析，由图4可知，在0—20 cm土层深度中，土壤有机质含量与Simpson多样性指数、Shannon-Wiener物种多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数极显著正相关（p<0.01）；全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾与各多样性指数呈正相关；碱解氮与各物种多样性指数呈负相关关系，其中碱解氮与Margalef丰富度指数呈显著负相关（p<0.05）。

在20—40 cm土层中，土壤有机质含量、全氮、全磷、速效磷和碱解氮与各物种多样性之间呈负相关关系，其中碱解氮与Simpson多样性指数和Shannon-Wiener物种多样性指数呈显著负相关（p<0.05）；全钾和速效钾均与物种多样性呈正相关。

图4　物种多样性指数与土壤化学性质的相关关系分析

Fig.4　Relationships between species diversity indices and soil chemical properties

3.6 不同类型沙棘人工林林下植被与土壤养分主成分分析

本研究对多样性指数与土壤养分指标进行主成分分析时，所有变量的共同度均大于0.4，表明它们对主成分具有较强的解释力，无需剔除。检验结果显示KMO值为0.597，接近0.600，满足主成分分析KMO值大于0.5的基本要求；Bartlett球形度检验p<0.001，进一步验证了数据适合开展主成分分析。最终共提取出2个特征值大于1的主成分，其特征值分别为5.214，4.246，方差贡献率依次为47.402%和38.604%，累计方差贡献率达到86.006%。这两个主成分能够有效浓缩原始变量信息，较好地代表了各项指标的综合特征。

由图5可见，不同植被类型沙棘林主成分1得分具体表现为类型Ⅲ（1.10）>类型Ⅰ（0.23）>类型Ⅱ（-1.33），类型Ⅲ与类型Ⅱ的得分相差2.43；主成分2得分表现为类型Ⅰ（2.50）>类型Ⅲ（-0.40）>类型Ⅱ（-2.10），类型Ⅰ和类型Ⅱ之间的得分差异最大，为4.60；综合表现在综合考虑两个主成分权重后的总体得分上类型Ⅰ（1.25）>类型Ⅲ（0.43）>类型Ⅱ（-1.67），在综合考虑前两个主成分的权重后，类型Ⅰ在主成分综合得分中表现最高，类型Ⅲ和类型Ⅱ得分相对较低，其中类型Ⅲ优于类型Ⅱ。

4 讨论

4.1 不同植被配置沙棘林植被特性的差异

本研究中，不同植被配置沙棘林林下物种多样性表现为：类型Ⅰ>类型Ⅲ>类型Ⅱ，不同配置沙棘林均有助于植被恢复，沙棘纯林的林下物种多样性均显著高于两种混交配置模式。这一差异是冠层结构、资源竞争与土壤改良等多重生态因子协同作用的结果。首先，冠层结构所调控的光资源分配格局是导致多样性差异的关键驱动因素^［12］。类型Ⅰ相较于类型Ⅱ和类型Ⅲ，具有更高的冠层开放度和较为均一的结构特征，林隙比例较大，冠层透光性较好，有利于在林下形成稳定且持续的光照环境。这种结构特征不仅提升了地表的可利用光资源，也在一定程度上缓解了林下光照分布的不均匀性，为草本植物的萌发和生长创造了有利条件。此结果与黄团冲等^［13］、郭洋楠等^［14］、赵富王等^［15］的研究结论一致，即沙棘纯林下的总辐射通量密度显著高于冠层郁闭度较高的林分，显示出其更强的透光性，从而促进了地被植物多样性的维持。相较之下，混交林由于树种间冠层高度错落，常形成多层次、非均质的冠层结构，显著降低了林隙比例。强烈的遮荫效应导致光合有效辐射在穿透冠层过程中被大量消耗，使得林下环境以低强度的散射光为主，直射光比例大幅下降^［16-17］，从而抑制了部分喜光草本植物的生长与定居^［15］。因此，混交林在恢复初期的冠层结构可能限制了草本植物多样性的提升，不利于群落的结构复杂化和演替进程的推进。

其次，环境条件的均一性是促使纯林物种多样性提升的重要因素。在资源分布相对均衡的生境中，不同物种面临的竞争压力相对较小，更有利于多种植物的共存，从而提升群落的整体多样性水平。这一观点与Grime^［18］的研究结论相一致，其提出“资源倾斜”是减少多样性的重要机制，而资源均一性可降低优势种的选择性垄断。在混交配置中，由于苜蓿的引入加剧了水分、光照和养分的强烈竞争，相比混交配置，类型Ⅰ竞争压力减少，为草本和低矮灌木提供了更有利的生境，形成更复杂、稳定的植物群落。然而种植时序性可在一定程度上调节这种竞争关系，类型Ⅲ物种多样性高于类型Ⅱ，可能得益于苜蓿作为豆科植物的土壤改良效应，提前种植的苜蓿通过生物固氮逐步提升土壤肥力，为后续沙棘及林下植物提供了相对良好的土壤基础，形成一定的“资源先导优势”，从而缓解了同期种植时激烈的资源竞争，更有利于林下植物群落的早期建成与多样性发展^［19］。

4.2 不同植被配置沙棘林土壤特性的差异

在0—40 cm土层中，3种不同植被配置的沙棘林养分含量整体表现为表层高于深层，类型Ⅰ土壤有机质含量高于类型Ⅱ和类型Ⅲ，类型Ⅲ在全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾含量上最高，类型Ⅱ碱解氮含量最高。

类型Ⅲ在多项土壤养分指标上表现突出，主要与其错时种植策略有关^［20］。提前两年种植的苜蓿通过死亡根系残体直接输入有机质与养分，同时其根系与根瘤菌共生形成高效固氮系统，大幅度提升土壤中的氮含量，而类型Ⅰ中的碱解氮含量均小于类型Ⅱ和类型Ⅲ，该结果与刘文祥等^［21］的研究结论相一致。他们指出错时种植的苜蓿在早期阶段可有效提升土壤速效氮含量，为后续植物的定居和生长创造有利条件。苜蓿根瘤菌的共生固氮作用，不仅直接提高了氮素供应，苜蓿根系分泌的有机酸能够溶解于土壤中难溶性磷酸盐，提高有效磷含量，此外苜蓿根系可达2~3 m，能够吸收土壤深层的钾离子，并通过凋落物分解将钾归还至表层土壤，间接增强了磷、钾等养分的可利用性^［22］。

类型Ⅱ在碱解氮含量上表现突出，这可能源于苜蓿与沙棘同期种植初期形成的活跃根际互作，增强了微生物活动与氮素矿化效率；同时，同期根系竞争促进了氮素的快速释放与转化，提升了短期内土壤的可供氮水平。但类型Ⅱ整体土壤养分水平低于类型Ⅰ和类型Ⅲ。由于沙棘和苜蓿两种植物在生长初期对水分和养分的竞争过于激烈，尤其在干旱贫瘠的矿区环境中，有限的资源供需失衡，加剧了根际间的竞争，进而抑制了养分的有效积累。该现象与于铁峰等^［23］的研究相符。他们指出在植被混播初期，地上植物群落与地下微生物系统之间的耦合尚不完善，导致生态系统内的养分循环反馈机制不健全，从而限制了土壤养分的重分配与持续积累。

相比之下，类型Ⅰ在土壤有机质积累方面表现最优，这既得益于沙棘自身较强的枯落物输入能力，也与其未引入苜蓿从而减少竞争有关。这使其在贫瘠的生境中更易实现有机质的积累。综上所述，类型Ⅲ通过错时配置增强氮素固定和养分活化，显著改善土壤肥力，类型Ⅰ则在有机质积累方面优势明显，而同期配置因竞争加剧，整体养分提升效果较弱。由此可见，种植顺序与配置方式对土壤质量恢复具有重要影响，修复实践中应合理匹配物种功能与种植时序，以提升土壤改良效率与生态恢复成效。

4.3 不同植被配置沙棘林与土壤恢复的最适配置模式

相关性分析表明，在0—20 cm土壤中，Simpson， Shannon-Wiener， Pielou以及Margalef指数均与土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾呈正相关关系。在20—40 cm土壤中，土壤有机质、全氮、全磷、速效磷和碱解氮呈负相关关系。这表明表层土壤有机质含量高，微生物活性较强，养分循环更为活跃，有利于促进物种共存。随着土层加深，有机质含量和微生物活性降低，养分的转化和利用效率下降，深层土壤中的养分与物种多样性呈负相关关系^［24］。特别的，0—40 cm土层范围内物种多样性指标与土壤碱解氮含量呈负相关，一般而言。群落物种多样性与资源水平及资源异质性密切相关，在资源水平适度提升且空间异质性较强的条件下，生态位维度增加，物种共存机会增大，多样性往往随之提高。但在排土场这类强扰动生境中，资源异质性普遍较弱且水分胁迫突出，当碱解氮含量升高时，群落结构更容易转向优势种主导的路径。在特定资源水平下，沙棘对氮响应更敏感，适合度更高，能够更快获取资源并形成优势度，进而通过遮阴效应增强、根际空间与水分竞争加剧等机制产生竞争性排他，使其他物种的定殖与存活受到限制，最终表现为多样性下降^［25］。在资源异质性不足的背景下，氮素可利用性的提高并不必然带来多样性提升，反而可能强化优势种竞争并触发排他过程，使群落更快进入优势化阶段，导致多样性降低。

主成分分析提供了综合效应的评估视角，有助于将相关性分析的单因子关系转化为群落和土壤整体恢复效果的判别。本研究的主成分结果表明，类型Ⅲ在第1主成分上得分最高，类型Ⅰ在第2主成分及综合得分上均为最高。主成分1主要由土壤速效养分指标构成，这些速效养分代表了土壤养分供给和活化能力梯度。较高的速效磷和速效钾含量意味着植物生长所需的关键养分更为充足，有利于植物初期定殖和生物量积累，从而促进群落建立^［26］。相比之下，主成分2则与土壤有机质积累及群落稳定性密切相关。类型Ⅰ在主成分2上得分最高，反映出其土壤有机质含量和林下多样性优势明显。土壤有机质是衡量土壤质量的重要指标，其增加意味着土壤结构和养分库的改善。较高的有机质含量可以提供缓慢释放的养分来源并提升土壤保水保肥能力，培育更丰富的土壤微生物区系，从而为更多植物种的共存创造条件^［27］。

综合Pearson相关性和PCA结果，Pearson分析中显著相关的土壤指标在相应主成分上具有较高载荷，不同植被配置在该主成分上的得分也与其相关性趋势一致。可以构建完整的恢复效应评估逻辑，土壤养分提升与群落多样性二者需要协同推进，方能实现最佳的生态恢复状态。类型Ⅰ在兼顾土壤养分积累与物种多样性方面表现最优，可作为该区域植被恢复的优先配置模式。类型Ⅲ在速效养分提升方面具显著优势，适用于土壤贫瘠、需快速改良的立地条件，可作为次优配置模式加以推广。

5 结 论

（1） 不同植被配置对林下植被多样性与群落稳定有显著影响，纯沙棘林在Simpson， Shannon-Wiener， Pielou和Margalef等多样性指数上均表现最优，群落结构丰富且稳定，有利于草本植物的自然定殖与演替；苜蓿早两年种植沙棘林次之，具有一定的过渡稳定性；苜蓿与沙棘同年种植林群落结构最为单一，优势物种显著，物种多样性最低。

（2） 苜蓿早两年种植沙棘林在全氮、全磷、速效磷、速效钾等养分指标上表现优越，显示出前期养分积累作用显著；纯沙棘林则在有机质和速效钾等方面优势明显，在自然恢复中对土壤结构与基础养分的稳定贡献；苜蓿与沙棘同年种植林土壤肥力最弱。

（3） 纯沙棘林在物种多样性与土壤肥力综合得分中最高，是最有利于维持生态系统稳定性与功能恢复的配置模式；苜蓿早两年种植沙棘可作为过渡性方案，在相对土壤基础差，恢复滞后的区域有一定应用价值；苜蓿与沙棘同年种植综合得分最低，矿区修复效果较差。

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基金资助

内蒙古自治区“揭榜挂帅”项目“十大孔兑风水复合侵蚀区泥沙阻控与近自然生态修复技术集成与示范”(2024JBGS0023)

“黄河湿地（包头段）盐碱地土壤微生物功能多样性与生态驱动机制研究”(NJZY22029)